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 伴隨著可再生的風(fēng)、光等非化石能源的發(fā)展，能源和環(huán)境方面的種種壓力和問(wèn)題將不斷得到改善。然而像光能、風(fēng)能等能源具有不穩(wěn)定、不連續(xù)、不可控等缺點(diǎn)，而這些往往會(huì)造成巨大的能量損失。僅在2016年，我國(guó)由于不可控而造成的棄風(fēng)、棄光電量就達(dá)到了500億千瓦時(shí)，而這一數(shù)據(jù)已經(jīng)超過(guò)了某些國(guó)家一年的用電量。要解決這一問(wèn)題，就需要儲(chǔ)能器件和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，而大規(guī)模儲(chǔ)能的瓶頸之一就是能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換材料的發(fā)展。

碳材料，特別是二維碳材料，如石墨炔、石墨烯，具有高度共軛的碳骨架、均勻分布的孔隙和二維層狀平面特性，擁有巨大的應(yīng)用前景。其中由苯環(huán)和炔鍵鏈接構(gòu)成的石墨炔類(lèi)碳材料，具有更大的孔道構(gòu)造和大量的sp雜化碳原子，能夠提供豐富的離子通道和催化活性位點(diǎn)。中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所碳基材料與能源應(yīng)用研究組研究發(fā)現(xiàn)，石墨炔碳材料可以通過(guò)前驅(qū)體控制、化學(xué)鍵合、熱處理等方式引入特定的異原子，增加更多的活性位點(diǎn)或者催化中心，進(jìn)而制備出電化學(xué)性能更好的儲(chǔ)能材料、電催化材料，在電化學(xué)儲(chǔ)能、燃料電池電催化等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

研究組基于石墨炔類(lèi)碳材料的可控制備和應(yīng)用，在可充電電池、太陽(yáng)能電池、催化劑和電子材料等領(lǐng)域均取得一系列進(jìn)展。石墨炔中富含大量的乙炔鏈，而這些乙炔鏈中的sp雜化碳一方面可以作為反應(yīng)的活性位點(diǎn)，同時(shí)也可以作為異原子的附著點(diǎn)位，研究人員充分利用石墨炔的這一特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)石墨炔類(lèi)碳材料進(jìn)行異原子摻雜（如鐵、氮、硫等）制備得到了石墨炔異原子摻雜材料；進(jìn)一步的應(yīng)用研究表明，所制備的摻雜石墨炔類(lèi)碳材料在鋰離子電池、鋰離子電容器、鈉離子電容器以及電催化等器件應(yīng)用中均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

相關(guān)成果已經(jīng)分別作為期刊封面發(fā)表在國(guó)際期刊CARBON, Chem. Eur. J., ChemSusChem 和ChemElectroChem 上(DOI: 10.1016/j.carbon.2018.05.049, 10.1002/celc.201800300, 10.1002/celc.201800516, 10.1002/cssc.201802170, 10.1002/chem.201900477, 10.1002/chem.201900943)。

上述研究成果對(duì)于新型碳材料的開(kāi)發(fā)制備及其催化、儲(chǔ)能應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院前沿重點(diǎn)項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金的支持。